[發明專利]一種鋼制零件表面修復方法

有效

• 申請號: 202110693229.8
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113477927B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 王行濤;祝弘濱;折潔;劉昱;龔明
• 申請（專利權）人: 中車工業研究院有限公司
• 主分類號: B22F7/08
• 分類號: B22F7/08;B22F10/50;B22F10/20;B33Y10/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 錢云

本發明提供一種鋼制零件表面修復方法，所述方法采用定向能量沉積與軋制復合的方式，其中，軋制溫度控制在800～1100℃，軋制壓力控制在使沉積層發生壓塑性變形，應變為0.1～0.5，變形速率為0.1～1.2ssupgt;?1/supgt;，所述軋制溫度為軋制時沉積區域的表面溫度。本發明通過將定向能量沉積與軋制復合，在修復區域邊沉積金屬邊軋制，并同時調控軋制過程中的溫度、壓力，從而有效的減少沉積金屬組織中的氣孔、未熔合和裂紋等缺陷，并能細化晶粒，使修復組織更加致密，顯著提升修復部分的力學性能和疲勞性能。本發明的方法具有設備簡單，加工成本低，加工效率高，不受零件尺寸限制，作用深度深等優點。

技術領域

本發明涉及金屬增材制造領域，尤其涉及一種鋼制零件表面修復方法。

背景技術

增材制造(Additive?Manufacturing,AM)近些年引起了全世界的廣泛關注，已成為先進制造技術的一個重要的發展方向，增材制造技術在工業應用領域發揮了至關重要的作用。根據美國材料與試驗協會(American?Society?for?Testing?and?Materials,ASTM)的定義，增材制造是一種與減法制造相對應，以3D模型數據為基礎，通常是使用逐層疊加的方式將材料連接起來的成型制造方式。

定向能量沉積(Directed?Energy?Deposition,DED)是利用聚焦熱能熔化成型材料并按照預定的軌跡沉積形成所需零件的增材制造工藝。相比傳統制造方法，定向能量沉積能夠實現在無需模具的情況下成型復雜金屬零件；無需傳統的刀具、夾具、機床等設備；制造流程短，具備分布式生產的特點。相比激光床選區熔化等粉末床增材制造方法，定向能量沉積可以在現有零件表面實現沉積成型，適合用于零件的修復；具有更高的成型效率和成型尺寸，適合大尺寸毛坯件的制備；可以用于梯度零件的制備，根據實際使用需要更改具體位置的成分和組織。

但是直接通過高能束熱源進行零件表面修復仍有其固有缺陷。熱源沿零件表面移動時，零件表面會形成局部過熱，在過熱區域內晶粒急劇增大，會產生過熱組織形成熱影響區。而熱影響區內的組織變化和強度退化將使零件的塑形和沖擊韌性大大降低，直接影響零件的疲勞性能和安全性。此外由于金屬材料在急速冷卻凝固過程中形成的殘余應力會導致熔覆層開裂和零件的變形。沉積層內部形成各向異性的粗大樹枝晶，會增大熔覆層脆性。而且沉積層還會難以避免地出現氣孔，未熔合和裂紋等缺陷。這些缺陷使定向能量沉積成型零件的綜合力學性能無法達到鍛件標準，限制了定向能量沉積在長期服役成立結構件等更多領域的推廣和應用。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種鋼制零件表面修復方法，通過將定向能量沉積與軋制復合，從而有效的減少沉積金屬組織中的氣孔、未熔合和裂紋等缺陷，細化晶粒，使組織更加致密，并能控制熔覆層的應力分布狀態，以提升修復后鋼制零件的疲勞性能。

本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種鋼制零件表面修復方法，采用定向能量沉積與軋制復合的方式，其中，軋制溫度控制在800～1100℃，軋制壓力控制在使沉積層發生壓塑性變形，應變為0.1～0.5，變形速率為0.1～1.2s^-1，所述軋制溫度為軋制時沉積區域的表面溫度。

局部過熱以及金屬材料的急速冷卻會形成較大的殘余應力，使得定向能量沉積方式在表面修復質量上仍有一定缺陷。為克服這些缺陷，一種可行的方法是通過定向能量沉積和其他加工方式或外在熱源協同工作，對零件表面缺陷或損傷區域進行修復至初始形態。在常見的修復方式組合中，激光沖擊技術存在修復效率低成本高的缺點；超聲沖擊技術作用的深度較淺，無法改變零件內部較深層次的應力分布；而熱等靜壓技術成本高昂，且難以實現逐層/隔層加壓。發明人嘗試了定向能量沉積與軋制、定向能量沉積與鍛造等組合方式，但修復質量仍不理想。發明人創新性地將定向能量沉積與軋制復合，邊沉積邊軋制，并嚴格控制軋制的溫度和壓力，使得沉積金屬層中的氣孔、未熔合和裂紋等缺陷減少，晶粒細化，組織更加致密，從而實現了修復部分良好的力學性能和疲勞性能。